翻转课堂教学法在单片机课程教学改革中的应用

陆建荣

（江苏航空职业技术学院，江苏镇江，212134）

0 引言

单片机课程最显著的特点是实践性强、知识面广，需要学生具备电工基础、数电、模电、C语言设等多门课程的知识储备。而目前高职院校的学生普遍存在基础薄弱、学习积极性低下、学习习惯差等问题，给日常教学带来了诸多困难。此外，大部分高职院校针对该课程的教学也存在不足，主要体现在理论和实践教学课时分配不合理，过分注重理论教学，学生实践能力得不到锻炼。教学形式单一、缺乏师生互动，使学生失去了对本课程的学习兴趣。

“翻转课堂”教学改革方案为解决以上问题提供了新思路。该方案转变了师生角色，加强了师生互动，充分发挥了学生的主体作用[2]。借助于网络微视频、学习通等网络教学平台，教学场地不再局限于教室，教学时间也不局限于课堂。学生可以随时随地开展理论学习、交流互动、实践操作，使得教学过程从空间和时间上得到了有效延伸[3]。这有效提升了学生的学习积极性，培养了学生自主学习能力，实现由被动接受到主动求学的转变。

1 单片机课程教学现状

单片机课程作为高职院校电子相关专业的必修课程，旨在让学生掌握单片机工作原理以及基于MCU软硬件开发基本技能，为嵌入式开发、电子产品转化打下基础[4]。该课程理论知识抽象、实践性强，传统教学采用了理论授课与实践训练相结合的方式，但教学质量和教学效果仍难以达到要求。主要原因有以下几个方面。

（1）理论课程与实践课程分离，致使理论与实践脱节严重[5]。主要表现在以下几个方面。第一：课时分配不合理，过分注重理论教学而忽视了实践教学的重要性；第二：理论课程和实践课程相互独立，没有连贯性；第三：学生按固定步骤操作，实践教学过程僵。

（2）教学手段单一，没有有效利用信息化教学手段。教学过程仅在课堂进行，无法利用学生课前、课后的碎片化时间。缺乏有效的反馈机制，导致教师无法准确认识学生之间的个体性差异。教师上课仅通过板书或者PPT投影方式进行教学，师生互动少，学生参与度较低。

（3）对学生动手实践能力培养不足。实践操作仅停留在Protues软件仿真环节。而软件仿真受限于硬件资源，只能验证基本功能，无法替代软硬件开发调试的全部过程。

2 翻转课堂教学研究

为解决传统教学过程中存在的问题，翻转课堂成为了日常教学的主流方案。该方案使师生角色发生翻转，让学生成为了主体。昔日以教师讲授为主的课堂成为了师生互动、答疑解惑的场地[6]。不仅调动了学生的学习兴趣，还培养了他们自主学习、勤于思考的良好习惯。

单片机课程实践性强、涉及面广、理论内容抽象。在教学过程中，既要讲解硬件组成、工作原理，还要教授程序设计、编程规范，更要帮助学生梳理软硬调试思路。内容繁多，单凭既定课时的课堂讲授，学生难以全面掌握。需要学生发挥自主学习能力，充分利用课余时间实践练习。采用翻转课堂教学方案后，教师可以充分利用现有的网络资源，录制教学微视频，上传到平台。学生只要登陆平台即可学习，使他们获取知识的途径不再局限于课堂面授。

3 翻转课堂教学设计与实施

经典51单片机系统如图1所示。它由时钟系统、I/O端口、中断系统、存储单元、串口通讯单元组成。各单元之间相互独立，协调工作，保证了单片机的正常运行。单片机工作原理，枯燥抽象，晦涩难懂，让很多学生望而却步。为了便于学生理解，本文在保留原课程知识体系完整的前提下，为每个知识点设计了贴近日常生活的项目式教学内容。采用“教中学、学中做、做中教”三位一体的理实一体化教学方法进行讲授。使理论讲解与实践教学紧密联系在一起，不仅让学生掌握了理论知识，还培养了他们动手实践能力。

图1 51单片机系统框图

各单元模块对应的项目教学内容如表1所示。各项目涉及的知识点存在关联，内容由易到难、层次递进。一方面有助于缓解学生畏难情绪，便于引导学生自主学习。另一方面，通过对相关知识的反复操练，实现巩固知识、加深理解的目的。

表1 项目式教学内容

本单片机课程翻转课堂教学设计流程如图2所示。将传统教学模式改变为能够充分体现学生主体地位的行动导向教学，学生自主探究，教师引导。从课程开始到结束，充分利用网络学习平台调动学生学习积极性，师生互动多样化，逐步深入任务，直到解决任务。将复杂任务简单化，突破教学难点。画流程图、模拟仿真，攻克教学重点。针对学生学习能力差异性分层教学，提升教学效果。最后利用学习平台反馈学习情况，为教师在线评价提供依据。

图2 教学设计框图

4 教学改革措施与结果分析

4.1 教学内容改革

在保留原课程知识体系完整的前提下，为每个知识点设计贴近日常生活的项目式教学内容。将书本知识与生活应用结合起来，提高学生的学习积极性。鼓励学生积极参加科技竞赛，培养学生发现问题、解决问题的能力以及团队合作、沟通协调的能力，实现“以赛促学”的教学目的。鼓励学生积极申报单片机设计相关的校级课题，本着学以致用的教学理念引导学生自主研究、深入探索，提高创新实践能力。

4.2 教学方法改革

采用翻转课堂教学模式，构建“线上”、“线下”互联的教学回路，充分发挥学生主体作用。教师在课前向“学习通”、“泛亚”等平台上传教学视频与学习任务，引导学生查阅相关资料并消化吸收，培养学生自主学习能力。学生在线上预习的过程中，积极参与师生互动，提出疑问。教师整理学生反馈信息，在线下教学过程中，可以更有针对性的设计教学内容。

4.3 考核方式改革

当前，单片机课程的教学考核方式单一，多以期末考试成绩作为学习评价的主要依据，而忽视了过程考核的重要性，难以准确区分学生的学习情况。使学生渐渐产生投机心理，平日不努力，期末搞突击，忽视知识本身而专注解题技巧，违背了教学初衷。

本文基于翻转课堂教学改革方案，对传统单一考核方式进行改革，从平日表现、期末成绩、科技竞赛、课题研发多个方面对学生学习情况展开评价。具体方式如表2所示。

表2 考核方式

4.4 教学改革结果分析

在实施翻转课堂教学改革后，学生的学习积极性显著提高。表3是2019级学生成绩统计表。两个班学生在平时过程考核和期末综合考核中均取得了不错的成绩。不管是理论知识，还是实践操作都取得了较大提升。

表3 2019级学生单片机成绩统计表

表4是近年来学生参加单片机开发赛项获奖情况以及校级课题完成情况的统计。可以发现，教学改革后，学生对单片机课程兴趣浓厚，学习过程不再局限于课堂，他们热情高涨，充分利用课余时间积极投入到科技竞赛与课题研发的准备过程中。在2020年举办的电子设计大赛和职业院校技能大赛中均取得了不俗的成绩。

表4 教学改革前后对比

5 结论

本文对传统单片机课程教学过程中出现的不足进行了分析，在此基础上提出了翻转课堂教学方案。从教学内容、教学方法、考核方式多方面着手，对传统教学进行改革。充分发挥了网络教学平台在教学过程中所起的媒介作用，促进了师生互动，丰富了教学手段，完善了教学过程，提高了教学质量。在实施教学改革以来，成效显著。学生的学习积极性高涨。越来越多的学生积极参与到技能竞赛、课题研发的活动中来，形成了良好的学习氛围。提升学生沟通协调能力、团队协作能力的同时，也培养了他们独立思考、深入探索、实践创新能力。